How att utföra en "första princip" prestationsberäkning?

5

Jag är doktorand på flygdynamik och kontroll. I veckan fick jag ett uppdrag att göra lite forskning om metoder för beräkning av flygplanets prestanda. Efter en viss sökning på Internet fann jag att traditionella metoder berodde på tabellerna i flygplanets manual (APM), och för ungefär ett decennium sedan började både Boeing och Airbus göra prestationsberäkning med "första princip" -metoden.

Jag läste på ett rådgivande cirkulärdokument som ger en definiton av denna metod:

A calculation using basic parameters such as lift, drag, power or thrust, etc. with the equations of motion. (AC No: 25.1581-1, Change 1.)

Och ett Airbus-dokument ger en del förklaring på denna metod:

The next step in the performance calculation process, referred to as OCTOPUS (Operational and Certified Takeoff and landing Universal Software), not only offers the same advantages as TLC but also drastically changes the performance calculation method. It is no longer based on pre-computed data, but uses the “first principle” mode that allows a real on-time computation to benefit from a higher takeoff weight. Instead of smoothed pre-computed performance results, the OCTOPUS performance database contains all the airplane and engine characteristics, enabling performance computation based on physics equations. In addition, OCTOPUS introduces a new and improved takeoff chart format, with its use of multi-configurations and influences. ("Getting to Grips with Aircraft Performance", Airbus)

Jag har emellertid inte hittat något papper eller en rapport om detta ämne. Finns det någon där ute som kan hjälpa till med att ge några detaljer om den här metoden eller ge några referenser?

    
uppsättning Tomas 30.12.2017 10:44

3 svar

7

Rörelsens ekvationer är den enkla delen. I huvudsak ser du på alla krafter som påverkar flygplanet (lyft, drag, drag, vikt) och balansera dem med lämpliga kontrollinställningar (hiss, gasreglage) och accelerationer (om dragkraft> dra, framåtkörningen är (dragkraft) / massa).

Detta repeterar du om och om igen, en timestep åt gången. Nästa timestep ser flygplanet med en ny hastighet, vilket du får genom att multiplicera framåtkörningen med tiden och höjden om stigningshastigheten är nonzero. Den nya, förändrade massan är den gamla massan minus bränslet som förbrukas under det sista tidssteget. Och så vidare. Detta inbegriper koordinatöversättningar, eftersom vissa styrkor definieras i den aerodynamiska och andra i flygplanets koordinatsystem. NASA Langley har publicerat en öppen källkodsprogramvara som gör exakt det ( LaRCsim ).

För mycket hög precision kan du även modellera inertierna och beräkna vilken aileronböjning som behövs för att komma fram till önskad rullehastighet i nästa tidpunkt, men även utan det får du mycket exakta data om krafterna är korrekta.

Den svåra delen är att komma fram till de korrekta krafterna. Vi har haft flera frågor här och frågar efter aerodynamiska data av moderna flyglinjer, och varje gång svaret var: De hålls hemliga. Du behöver göra din egen analys, och det är samma med motordata. Äldre metoder baserade sig på tabulerade data, men för att beräkna förhållanden utanför tabellens giltighet måste de beräkna krafterna analytiskt. För att få en uppfattning om vilka parametrar som behöver övervägas, kolla på detta svar om Boeing SCAP-modulen .

Men även några råa antaganden kan få dig mycket nära till det verkliga resultatet.

    
svaret ges 30.12.2017 16:48
4

Det är även de aerodynamiska och tröghetsdata som används i Full Flight Simulators (FFS). Både Airbus och Boeing tillhandahåller datapaketet för Level D FFS, där instruktören i början av flygningen går in i nyttolast, CoG, bränslebelastning etc och den resulterande flygdynamiken används för att simulera flygning.

Du kan ta en titt i öppen källkods-flygsimulatorsoftware som FlightGear, som har aerodynamik och flygdynamikmodeller för både A320 och B737. Förenklad och ej certifierad naturligtvis så ingen hänvisning till faktiska trovärdighet, men de borde få ett rimligt resultat om den simulerade dynamiken befinner sig i ballparken.

    
svaret ges 30.12.2017 15:32
3

Det enda sättet att korrekt beräkna "första principen" beräkningen är att (numeriskt) utvärdera de grundläggande rörelserna som finns i flygmekanikens textböcker. Tyvärr krävs det mycket information om luftfartygsegenskaper (t ex dragdata eller motorparametrar) som i allmänhet inte är publicerade för de flesta flygplan på grund av deras affärsmöjlighet. Sidenote: Beräkningar kan få dig ganska långt!

Tillverkad mjukvara som OCTOPUS (Airbus) eller BPS (Boeing) innehåller en metod för att numeriskt utvärdera de (ofta förenklade) ekvationerna för rörelse och de nödvändiga flygplatdatabaserna, men är inte tillgängliga för allmänheten så vitt jag vet.

    
svaret ges 30.12.2017 15:17